冰箱變頻控制系統的諧波干擾與治理分析

摘? 要：隨著我國經濟的高速發展，人們的物質生活水平得到了很大的提升，各種家電如空調、冰箱、洗衣機、熱水器逐漸走入到了尋常百姓家。變頻技術是最近興起的技術，通過將該技術應用到電器當中，可以降低其能耗和噪音。但在該變頻技術的使用過程中，容易產生比較多的諧波，對電力系統中其它電器設備的運行造成比較大的影響，需要認真做好諧波的治理工作。為此，我將要在本文中對冰箱變頻系統的諧波干擾與治理進行分析，希望對促進我國家電事業的發展，可以起到有利的作用。

關鍵詞：冰箱;變頻控制系統;諧波干擾

中圖分類號：TM925.21? ? 文獻標識碼：A ? 文章編號：1671-2064（2020）03-0000-00

0 引言

變頻驅動技術在家用電器當中的應用非常多，其變頻電路由整流電路、濾波電路、逆變電路組成。通過變頻驅動技術的應用，可以將220伏的工頻交流電整流成310伏的直流電，然后再逆變成交流電。在其整流的過程中，經常會使用大功率二極管、可控硅、IGBT等，再受壓縮機自身特性的影響，會產生大量的諧波電流，這些電流是對供電系統有害的，對電力系統造成較大的污染，嚴重影響到電力系統當中其它家用電器的穩定運行，需要認真做好諧波的治理工作。

1 變頻冰箱電磁干擾的類型

通過對諧波污染的分析，其主要會包括傳導干擾、輻射干擾、耦合干擾[1]。

傳導干擾。在設備運行的過程中，一旦其電壓或者電流發生突變，就會直接導致干擾現象的發生，這些干擾會隨著線路傳導到其它設備處，對設備的正常運行，造成直接的影響。通一般的干擾輻射相比，其影響范圍會更大一些，過程中傳播的能量也會更大一些。該干擾在變頻冰箱運行中，非常常見。

輻射干擾（圖1）。如果變頻板放置在了一個相對比較開放的空間當中，其在運行過程中產生的電磁輻射，會直接通過外殼或者裂縫傳導出去。如果電磁波的波長和裂隙的寬度比較接近，就會對附近電器設備的運行造成直接的影響。在相關設備受到干擾之后，其就會成為新的干擾源，進而導致二次輻射干擾問題的發生，這在變頻冰箱運行中也比較常見。

耦合干擾。耦合干擾在變頻冰箱運行也比較常見，干擾是以耦合的形式進行傳播的，這種干擾發生的一個最大特點是需要距離盡可能近，并直接在導體之內感應出來電流，對設備的運行造成直接的影響。

2諧波干擾所產生的危害

變壓器。諧波干擾電流的產生，將會導致銅損的增加，電壓諧波會增加鐵損，變壓器的溫度會上升，導致其容量裕度減少。此外，如果諧波過大，還會直接導致變壓器繞組之間產生共振現象，導致其鐵芯磁通飽和，進而導致噪聲現象的出現。高頻諧波是導致變壓器溫度過高的主要原因。

電動機。輸出的諧波會直接導致電動機出現發熱的情況，這會導致電機的額外溫升，需要對電機進行降額使用，不能充分發揮電機的作用。由于電機電流波形失真情況比較嚴重，其重復峰值電壓就會過高，對電機的絕緣性能造成非常大的影響，導致電機出現脈振扭矩，增加電機運行噪聲[2]。

開關設備。由于諧波電流的出現，會導致設備在啟動過程中會出現很大的電流變化。一旦開關設備出現了問題，就會導致消弧線圈不能正常工作，導致開關設備運行異常，直接威脅到電路的安全運行。

保護電器。如果電流當中的諧波過大，就會導致額外扭矩的產生，對電器的運行特性造成非常直接的影響，容易導致其誤動作的發生。因此，其諧波應該限制在百分之十以內，這樣才會避免電器的運行出現嚴重的問題。

3 變頻冰箱干擾的抑制

認真做好接地設計。接地設計在電器電路設計中非常常見，其設計也相對比較簡單，如果設計不當，就容易導致各種問題的發生，甚至會引起安全隱患。為了讓電路由較強的電磁兼容性，需要認真做好防靜電接地設計、屏蔽接地設計、信號接地設計等。對于那些敏感的元器件，其對屏蔽接線設計有著更高的要求，整個設計過程也比較繁瑣，只有合理進行設計，才能避免屏蔽層內部和外部產生相互干擾的現象。一旦屏蔽設計不當，就容易產生如下的一些干擾：（1）開關電源的交流干擾。該干擾的發生和交流電源有著非常直接的關系，又被稱為防護交流干擾。為了降低這種干擾，可以對電源進行濾波處理，或者在電壓變壓器初次級間加入屏蔽接地。在大的雜散電磁場環境當中，為了避免產生過強的電磁干擾，必須采取有效的屏蔽接地。（2）變頻驅動板高頻干擾。如果在驅動板的設計存在不合理之處，容易在驅動板地磁場附近出現輻射干擾，只有合理對驅動板金屬屏蔽進行合理設置，才能將該干擾降到最低，避免干擾從孔縫當中泄露出去，如果必要可以設置屏蔽罩處理。變頻驅動線的寬度對干擾的產生也會造成一定的影響，通過采用雙絞線處理，也可以有效減少干擾量，并合理設置電源線和壓縮線之間的距離。如果電路板比較大，兩者之間的距離應該盡量大一些。

合理對濾波器進行使用。通過對濾波器的合理使用，也可以降低諧波的產生量。在實際選擇使用濾波器的過程中，為了有效降低電冰箱運行過程中的干擾問題，應該盡量使用具有雙向功能的濾波器，其抑制干擾的能力會更強一些。在對濾波器的實際使用過程中，應該做好以下的工作：（1）為了避免濾波器在實際使用過程中產生另外的干擾，濾波器應該盡量使用雙絞線，其抑制外部干擾的能力相對比較強。（2）濾波器到驅動板的接線應該盡量短一些，這樣可以有效抑制信號在傳輸過程中受到的干擾。（3）為了提升濾波器的抗干擾效果，其外殼應該合理進行接地。（4）為了保證濾波器的濾波效果，其輸入和輸出走向應該盡量保持相反，在走線的過程中，應該避免線路交叉情況的出現。

認真做好線束的布局設計?，F代電冰箱的功能越來越復雜，其內部走線變得越來越復雜，其中開關電源、變頻板、壓縮機走線、電源線的布線方式選擇是否合理，對設備的抗干擾性能，有著非常直接的影響。根據長期的電氣線路設計經驗，在實際開展布線的過程中，應該認真做好以下的工作：（1）在電器盒安裝的過程中，電器盒蓋線束出口到壓縮機的路徑應該盡量短一些，做好不要超過40厘米。（2）對于壓縮機的配線，應該增加磁環，可以在壓縮機的配線上增加一個磁環，讓其緊密纏繞束線一圈，配線磁環距離壓縮機配線出口端口應該保持在15厘米左右，磁環應該選擇RH17.5*28.5*9.5。（3）在進行壓縮機配線布置的過程中，應該盡量從冰箱兩旁進行走線，保持壓縮機配線和電源線之間的距離，兩者沿途間隔應該保持在20厘米。（4）可以通過在冰箱電源線上增加一個磁環，這樣可以避免干擾的外傳。（5）在變頻板接地位置的選擇中，應該盡量將接地線布置在門合頁處，從而達到更好的接地目的。

在開展PCB布線的過程中，布線關系會直接決定設計成功的關鍵，PCB上銅箔導線的位置、密度、寬窄、間距和走線形式都會直接決定PCB的抗干擾能力，為了保證其具有較好的抗干擾能力，就需要合理進行布線。

布線過程中板型的選擇和布線密度的選擇。在滿足布線的要求之下，應該合理對PCB板型優先進行選擇，然后才能考慮雙面板和多層板。在布線密度的設計過程中，應該盡量保證電路結構的合理性，布線結構也應該盡量簡單和均勻。

合理對布線的線寬和間距進行選擇。在PCB進行布線的過程中，其最小寬度應該由導線流過電流大小和絕緣板基板間的粘附強度所決定。導線的寬度正常情況下不應該低于8米爾，如果需要，可以適當增加導線的寬度。如果銅箔的厚度在2米爾，導線的寬度一般可以設定在60米爾即可。如果沒有特別的要求，布線的寬度可以選擇在8-12米爾左右。在普通數字電路的設計過程中，導線的寬度可以選擇在2-2.8米爾，電源和地線的寬度應該盡量寬，地線的寬度應該大于電源線，如果電源線的寬度大于信號線的寬度，可以采用敷銅接地處理。在PCB的布線設計過程中，應該盡量避免輸入端和輸出端的導線出現交叉的現象，可以通過在線路間增加電容的方式，來避免發生反饋耦合的情況[3]。

在開展電源設計中，應該把握的原則。隨著電冰箱功能的不斷增加，其電路的規模不斷增加。為了保證電路板中各種元件的正常運行，往往需要多種電源，電源的類型非常多。如果電源的設計相對比較簡答，可以將這些電源匯總到一起。如果電路相對比較復雜，就需要設計多個電源模塊，每一個電源模塊提供一種類型的電源。在電源模塊的設計過程中，應該盡量采用就近的原則，讓電源盡量靠近它們的供電元件。在具體的設計過程中，各個電源模塊應該具有相同的布線電阻。一旦其中任何一種電源模塊發生了變化，就可能對電路的正常運行，造成直接的影響，導致各種元器件無法正常運行，線路信號受到干擾。因此，基板電源底線分布應該盡量各自引出，即使由于電流變化導致電壓降，其也僅僅會集中到模塊之上，并不會對其它模塊的運行，造成的直接的影響。

盡量使用大面積的銅箔?？梢允褂么竺娣e的銅層對未布線區域進行填充，但應該避免使用大面積的實心銅箔，其在常時間的發熱之后，很容易發生銅箔起皮脫落的情況，可以采用柵格的設計方式，這更加有利于排除銅箔和基板之間的粘合劑由于受熱而發出揮發性的氣體。在高頻元件的周圍，應該盡量采用柵格大面積銅箔，對貫穿的引腳也應該采用熱焊盤的處理方式。

盡量保持布線的美觀。在開展PCB布線設計的過程中，應該保證器件整齊排列，盡量保證走線的美觀程度。在保證布線滿足國際標準要求之下，應該盡量保證布線的美觀性，對于暴露在用戶面前的電路部分，如果布線不合理，就會直接影響到產品的形象。

接地線構成閉環的形式。在進行數字電路的設計過程中，通過將線路設計成閉路的形式，可以進一步提升其抗噪聲的能力。這主要是由于，在印刷電路板上有非常多的集成電路元件，受到接地線粗細的影響，如果在其上存在過大的電位差，就會直接導致其抗噪聲的能力下降。為了有效避免這個問題，可以將地線做出環路的形式，進一步縮小電位差，有效提升電子設備的抗噪聲能力。

參考文獻

[1]梁偉.關于電子電路設計中的抗干擾措施[J].課程教育研究，2017（8）：22-23.

[2]張泓.電子電路設計常用調試方法與步驟[J].電子技術與軟件工程，2016（24）：37-38.

收稿日期：2020-01-09

作者簡介：孫華民（1964—），男，浙江杭州人，大專，工程師，研究方向：冰箱變頻控制系統的諧波探索。